JP2023164102A - パワーモジュール、及び電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化を抑制することができるパワーモジュールを提供する。【解決手段】Ｐ端子を一端に有する第一導体と、Ｎ端子を一端に有し、第一導体とともにコンデンサに接続され、第一導体とギャップを介して並設された第二導体と、を有する主端子部と、主端子部からの直流電圧を交流電圧に変換するパワー半導体素子を有する回路基板と、パワー半導体素子からの交流電圧を出力する出力端子部と、Ｐ端子及びコンデンサの正極側端子、並びに、Ｎ端子及びコンデンサの負極側端子を互いに接続する一対の締結部と、回路基板が固定されたベースプレートと、ベースプレートの表面に固定され、Ｐ端子、Ｎ端子、及び一対の締結部を収容する収容空間を有するケースと、収容空間内に配置され、ギャップを埋めた状態で、Ｐ端子の第一主面、Ｎ端子の第二主面、及び一対の締結部をベースプレートとは反対側から覆う第一絶縁部と、を備えるパワーモジュール。【選択図】図３

Description

本開示は、パワーモジュール、及び電力変換装置に関する。

例えば特許文献１には、主回路端子が配置される端子台部同士の間に溝部が形成されているパワー半導体モジュール（パワーモジュール）が開示されている。当該溝部により、主回路端子間の沿面距離が確保され、その結果、国際規格に準拠した絶縁距離を確保しながらモジュールのコンパクト化が実現されている。絶縁距離は、沿面距離及び空間距離の二つの要素からなる。

特開２０１２－５３０１号公報

ところで、パワーモジュールの分野では、溝部によって端子間の沿面距離が確保されたとしても、端子間では端子にかかる電圧の大きさに応じた空間距離を確保する必要がある。このため、絶縁距離を確保する以上、端子にかかる電圧によっては空間距離を大きくとる必要があり、その結果、パワーモジュールが大型化してしまう場合がある。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、大型化を抑制することができるパワーモジュール、及び電力変換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示に係るパワーモジュールは、第一主面、及び該第一主面とは反対側を向く第一裏面を有するＰ端子を一端に有する第一導体と、前記第一主面と同じ方向を向く第二主面、及び該第二主面とは反対側を向く第二裏面を有するＮ端子を一端に有し、前記第一導体とともにコンデンサに接続され、前記第一導体とギャップを介して並設された第二導体と、を有する主端子部と、前記主端子部からの直流電圧を交流電圧に変換するパワー半導体素子を有する回路基板と、前記パワー半導体素子からの交流電圧を出力する出力端子部と、前記Ｐ端子及び前記コンデンサの正極側端子、並びに、前記Ｎ端子及び前記コンデンサの負極側端子を互いに接続する一対の締結部と、前記回路基板が固定され、前記第一裏面及び前記第二裏面に対向する表面を有するベースプレートと、前記ベースプレートの前記表面に固定され、前記Ｐ端子、前記Ｎ端子、及び一対の前記締結部を収容する収容空間を有するケースと、前記収容空間内に配置され、前記ギャップを埋めた状態で、前記第一主面、前記第二主面、及び一対の前記締結部を前記ベースプレートとは反対側から覆う第一絶縁部と、を備える。

本開示に係る電力変換装置は、上記のパワーモジュールと、前記コンデンサと、前記第一絶縁部から延びるように前記正極側端子及び前記負極側端子に一体に形成され、これら正極側端子及び負極側端子を外側から覆う第二絶縁部と、を備える。

本開示によれば、大型化を抑制することができるパワーモジュール、及び電力変換装置を提供することができる。

本開示の実施形態に係る電力変換装置の概略構成を示す斜視図である。 本開示の第一実施形態に係るパワーモジュールを平面視した時の図である。 図２で示したＩＩＩ－ＩＩＩ線方向の断面図である。 本開示の第二実施形態に係るパワーモジュールの断面図であり、図３で示した部分に対応した図である。 本開示の第三実施形態に係るパワーモジュールの断面図であり、図４で示した部分に対応した図である。また、図６で示したＶ－Ｖ線方向の断面図である。 本開示の第三実施形態に係るパワーモジュールを平面視した時の図である。

以下、添付図面を参照して、本開示による電力変換装置を実施するための形態を説明する。

＜第一実施形態＞
（電力変換装置）
電力変換装置は、直流電力を三相交流電力等に変換する装置である。本実施形態の電力変換装置には、例えば、発電所等の系統で用いられるインバータや、電気自動車等の電動機の駆動に用いられるインバータ等が挙げられる。

図１に示すように、電力変換装置１００は、ケーシング１と、外部入力導体２と、コンデンサ３と、電力変換部４と、外部出力導体５と、冷却装置６とを備えている。

（ケーシング）
ケーシング１は、電力変換装置１００の外殻を成すものである。本実施形態におけるケーシング１は、アルミ等の金属又は合成樹脂等により形成されており、直方体状を成している。ケーシング１は、互いに背合わせとなるように配置されている二つの側面を有している。以下、これら二つの側面のうち、一方側を向く側面を「入力側側面１ａ」と称し、他方側を向く側面を「出力側側面１ｂ」と称する。入力側側面１ａからは、直流電力を入力するための外部入力導体２が引き出されている。

（外部入力導体）
外部入力導体２は、電力変換装置１００の外部の電力系統等から供給される直流電力をコンデンサへ供給する一対の電気導体（バスバー）である。本実施形態における外部入力導体２は、銅等を含む金属により形成されている。外部入力導体２の一端は、コンデンサに接続されており、外部入力導体２の他端は、ケーシング１の入力側側面１ａと交差する方向に延びている。

（コンデンサ）
コンデンサ３は、外部入力導体２から入力された電荷を蓄えるとともに、電力変換に伴う電圧変動を抑えるための平滑コンデンサである。外部入力導体２から入力された直流電圧は、コンデンサ３を経由して電力変換部４へ供給される。コンデンサ３は、本体部３ａと、接続導体３ｂとを有している。本体部３ａは、主として上述した平滑コンデンサの機能を発揮する部分である。

接続導体３ｂは、本体部３ａから電力変換部４へ電力を伝えるための電気導体（バスバー）である。接続導体３ｂは、銅等の金属によって形成されている。接続導体３ｂは、正極側端子３ｐと、負極側端子３ｎとを有している。

正極側端子３ｐは、コンデンサ３における正極を成しており、本体部３ａとパワーモジュール４００における正極とを接続する電流経路である。負極側端子３ｎは、コンデンサ３における負極を成しており、本体部３ａとパワーモジュール４００における負極とを接続する電流経路である。

これら正極側端子３ｐ及び負極側端子３ｎは、間隔をあけて並んで配置されている。正極側端子３ｐ及び負極側端子３ｎのそれぞれの一端は、本体部３ａに接続されている。なお、正極側端子３ｐ及び負極側端子３ｎと本体部３ａとの接続状態の詳細な図示は省略する。正極側端子３ｐ及び負極側端子３ｎのそれぞれの他端は、パワーモジュール４００に接続されている。

図２及び図３に示すように、正極側端子３ｐ及び負極側端子３ｎには、締結用の孔ｈ１が形成されている。

以下、正極側端子３ｐ及び負極側端子３ｎが並んで配置されることによって両者の間に生じる間隔をギャップＧ１と称する。言い換えれば、負極側端子３ｎは、正極側端子３ｐとギャップＧ１を介して並設されている。正極側端子３ｐと負極側端子３ｎの間に生じる電位差により、正極側端子３ｐと負極側端子３ｎの間で放電が発生しないように、ギャップＧ１には空間距離（絶縁距離）が確保されている。本実施形態における空間距離は、例えば、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが望ましい。

（電力変換部）
図１に示すように、電力変換部４は、コンデンサ３から入力された電圧を変換する。本実施形態における電力変換部４は、三相交流電力を出力するために、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相用の出力をそれぞれ担当する三つのパワーモジュール４００を有している。したがって、本実施形態における電力変換装置１００は、三つのパワーモジュール４００を備える３相インバータである。パワーモジュール４００の構成は後に詳述する。

（外部出力導体）
外部出力導体５は、電力変換部４によって変換された交流電力を、電力変換装置１００の外部に設けられている装置へ供給する電気導体（バスバー）である。本実施形態における電力変換装置１００は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相用の三つの外部出力導体５を備えており、これら外部出力導体５は、各パワーモジュール４００に一つずつ設けられている。

本実施形態における外部出力導体５は、銅等を含む金属により形成されている。各外部出力導体５の一端は、パワーモジュール４００に接続されており、外部出力導体５の他端は、ケーシング１の出力側側面１ｂと交差する方向に延びている。図２及び図３に示すように、外部出力導体５における一端側（パワーモジュール４００側）には、締結用の孔ｈ２が形成されている。なお、外部出力導体５における他端側には、例えば、電流出力用の配線や端子等（図示省略）が接続される。これによって、電力変換装置１００の外部へ交流電力を出力することが可能となる。

（冷却装置）
図１に示すように、冷却装置６は、主として電力変換部４のパワーモジュール４００を冷却する装置である。冷却装置６は、ケーシング１に積層されるように設けられており、ケーシング１に固定され一体化されている。冷却装置６には、例えば、外部から水等の液冷媒が導入される。この液冷媒がパワーモジュール４００と熱交換して温められることで、パワーモジュール４００を冷却する。

以下、本実施形態における電力変換部４が有するパワーモジュール４００の構成を説明する。

（パワーモジュール）
パワーモジュール４００は、入力された電力を変換して出力する装置である。本実施形態におけるパワーモジュール４００は、電力変換部４の一部を構成している。図２及び図３に示すように、パワーモジュール４００は、ベースプレート１０と、回路基板２０と、主端子部３０と、主端子側締結部４０（一対の締結部）と、出力端子部５０と、出力側締結部６０と、ケース７０と、第一絶縁部８０と、ボンディングワイヤＷｂとを備えている。

（ベースプレート）
ベースプレート１０は、平板状を成す部材である。ベースプレート１０は、表面１０ａと、この表面１０ａの裏側に位置する裏面１０ｂを有している。即ち、ベースプレート１０の表面１０ａと裏面１０ｂとは互いに平行をなした状態で背合わせになっている。

ベースプレート１０の裏面１０ｂは、接合材等（図示省略）を介して、例えば冷却装置６（図１参照）に固定されている。本実施形態におけるベースプレート１０には、例えば銅が採用される。なお、ベースプレート１０には、アルミニウム等の金属が採用されてもよい。

（回路基板）
回路基板２０は、絶縁板２１と、表面パターン２２と、パワー半導体素子２３と、裏面パターン２４とを有している。

絶縁板２１は、平板状を成している。絶縁板２１は、第一面２１ａと、この第一面２１ａの裏側に位置する第二面２１ｂとを有している。即ち、絶縁板２１の第一面２１ａと第二面２１ｂとは互いに平行をなした状態で背合わせになっている。絶縁板２１の第二面２１ｂには、銅箔等のパターンである裏面パターン２４が一面に形成されている。当該裏面パターン２４は、接合材Ｓを介してベースプレート１０の表面１０ａの中央に固定されている。

本実施形態における絶縁板２１は、例えばセラミック等の絶縁材料により形成されている。なお、絶縁板２１を形成する絶縁材料としては、セラミック以外にも、紙フェノール、紙エポキシ、ガラスコンポジット、ガラスエポキシ、ガラスポリイミド、フッ素樹脂等を採用することができる。

表面パターン２２は、絶縁板２１の第一面２１ａに形成された平面状に広がる銅箔等のパターンである。表面パターン２２は、例えば、絶縁板２１の第一面２１ａに接合等で固定された後、エッチング等がなされることにより形成される。

表面パターン２２は、絶縁板２１の第一面２１ａ上に複数配置されている。これら複数の表面パターン２２は、絶縁板２１が広がる方向で隙間を介して互いに隣接配置されている。本実施形態では、三つの表面パターン２２が第一面２１ａ上に配置されている場合を一例として説明する。以下、図２に示すように、説明の便宜上、これら三つの表面パターン２２を第一表面パターン２２１、第二表面パターン２２２、及び第三表面パターン２２３と称する。

第一表面パターン２２１及び第二表面パターン２２２は、コンデンサ３と直流電流の入出力をやり取りするためのパターンであり、表面パターン２２に形成されるＰＮ間のループにおける入口部分もしくは出口部分に相当する。第三表面パターン２２３には、パワー半導体素子２３によって変換された交流電流を電力変換装置１００の外部に設けられた負荷（図示省略）へ出力するための外部出力導体５が接続されている。

パワー半導体素子２３は、電圧や電流をオンオフするスイッチング動作により電力を変換する回路素子である。パワー半導体素子２３は、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子である。ＩＧＢＴを使用する場合はＩＧＢＴと逆方向へ電流を流すダイオードを並列配置する必要があるが、本実施形態では、一例として、パワー半導体にＭＯＳＦＥＴを適用した場合を示しており、四つのパワー半導体素子２３が回路基板２０の表面パターン２２に接続されている。

本実施形態における四つのパワー半導体素子２３は、二つの第一パワー半導体素子２３１と、二つの第二パワー半導体素子２３２とによって構成されている。第一パワー半導体素子２３１は、第一表面パターン２２１に接続されている。第二パワー半導体素子２３２は、第三表面パターン２２３に接続されている。

パワー半導体素子２３がＭＯＳＦＥＴの場合、パワー半導体素子２３は、ドレインに相当する入力用端子（図示省略）が形成された入力面と、ソースに相当する出力用端子（図示省略）が形成された出力面と、パワー半導体素子２３のスイッチングを制御するための制御信号入力用端子に相当するゲートとを有する。

パワー半導体素子２３の入力面は、表面パターン２２に接合材を介して電気的に接続されている。パワー半導体素子２３の出力面には、導線としてのボンディングワイヤＷｂの一端が電気的に接続されている。ボンディングワイヤＷｂは、アルミニウム等の金属によって形成されている。即ち、第一面２１ａに形成された表面パターン２２同士は、ワイヤボンディングによって電気的に接続されている。

第一パワー半導体素子２３１の入力面は、第一表面パターン２２１に接続されている。一端が第一パワー半導体素子２３１の出力面に接続されたボンディングワイヤＷｂの他端は、第三表面パターン２２３に接続されている。第二パワー半導体素子２３２の入力面は、第三表面パターン２２３に接続されている。一端が第二パワー半導体素子２３２の出力面に接続されたボンディングワイヤＷｂの他端は、第二表面パターン２２２に接続されている。

第一パワー半導体素子２３１には、第一表面パターン２２１を介して直流電力が入力され、第二パワー半導体素子２３２には、第二表面パターン２２２、及びこの第二表面パターン２２２と第二パワー半導体素子２３２とを接続するボンディングワイヤＷｂを介して直流電力が入力される。第一パワー半導体素子２３１と第二パワー半導体素子２３２とがスイッチング動作を行うことにより、上記の直流電力が交流電力へ変換され第三表面パターン２２３へ出力される。

パワー半導体素子２３には、回路基板２０の外部に設けられた制御部(図示省略)によって生成された制御信号が入力される。パワー半導体素子２３は、この制御信号に従ってスイッチングを行う。なお、パワー半導体素子２３がＩＧＢＴの場合、パワー半導体素子２３は、コレクタに相当する入力面と、エミッタに相当する出力面と、制御信号入力用端子に相当するゲートとを有する。

（主端子部）
図２及び図３に示すように、主端子部３０は、コンデンサ３と回路基板２０との間で直流電力をやり取りする電気導体（バスバー）である。主端子部３０は、銅等の金属によって形成されている。主端子部３０は、正極としての第一導体３１と、負極としての第二導体３２とを有している。

これら第一導体３１及び第二導体３２は、ギャップＧ２を介して並んで配置されている。言い換えれば、第二導体３２は、第一導体３１とギャップＧ２を介して並設されている。

第一導体３１は、コンデンサ３の正極側端子３ｐに接続されたＰ端子３１０と、このＰ端子３１０と一体にＰ端子３１０から延び、第一表面パターン２２１に接続された第一接続部３１１とを有している。したがって、第一導体３１は、Ｐ端子３１０を一端に有している。

Ｐ端子３１０は、平板状を成している。Ｐ端子３１０は、第一主面３１０ａ、及びこの第一主面３１０ａとは反対側を向く第一裏面（紙面の都合上、図示省略）を有している。Ｐ端子３１０には、このＰ端子３１０を貫くとともに第一主面３１０ａ及び第一裏面のそれぞれに開口する締結用の孔が形成されている。

Ｐ端子３１０は、この締結用の孔が、正極側端子３ｐに形成された孔ｈ１に重なるように配置されている。したがって、Ｐ端子３１０は、正極側端子３ｐと重なった状態で配置されている。Ｐ端子３１０の第一裏面は、ベースプレート１０の表面１０ａに対向している。

第二導体３２は、コンデンサ３の負極側端子３ｎに接続されたＮ端子３２０と、このＮ端子３２０と一体にＮ端子３２０から延び、第二表面パターン２２２に接続された第二接続部３２１とを有している。したがって、第二導体３２は、Ｎ端子３２０を一端に有している。

Ｎ端子３２０は、平板状を成している。Ｎ端子３２０は、Ｐ端子３１０の第一主面３１０ａと同じ方向を向く第二主面３２０ａ、及びこの第二主面３２０ａとは反対側を向く第二裏面３２０ｂを有している。図３に示すように、Ｎ端子３２０には、このＮ端子３２０を貫くとともに第二主面３２０ａ及び第二裏面３２０ｂのそれぞれに開口する締結用の孔ｈ３が形成されている。

Ｎ端子３２０は、この締結用の孔ｈ３が、負極側端子３ｎに形成された孔ｈ１に重なるように配置されている。Ｎ端子３２０の第二裏面３２０ｂは、ベースプレート１０の表面１０ａに対向している。

（主端子側締結部）
主端子側締結部４０は、第一導体３１のＰ端子３１０、及びコンデンサ３の正極側端子３ｐ、並びに、第二導体３２のＮ端子３２０、及びコンデンサ３の負極側端子３ｎを互いに接続する一対の締結部材である主端子側締結部４０は、銅等の金属によって形成されている。

本実施形態における主端子側締結部４０は、頭部４１０及びこの頭部４１０と一体に形成されたネジ部４１１を有するボルト４１と、ナット４２とによって構成されている。以下、図３に示すように、一対の主端子側締結部４０のうち、Ｎ端子３２０及び負極側端子３ｎを接続する主端子側締結部４０の構成を説明する。Ｐ端子３１０及び正極側端子３ｐを接続する主端子側締結部４０は、Ｎ端子３２０及び負極側端子３ｎを接続する主端子側締結部４０と同様の構成であるため、その説明を省略する。

ネジ部４１１は、頭部４１０が負極側端子３ｎに当接した状態で、負極側端子３ｎの孔ｈ１及びＮ端子３２０の孔ｈ３に挿通されている。ナット４２は、ボルト４１のネジ部４１１に螺合した状態で、ボルト４１の頭部４１０とは反対側からＮ端子３２０に当接している。これらボルト４１及びナット４２に挟まれることによって、負極側端子３ｎとＮ端子３２０とは一体に固定されている。

（出力端子部）
出力端子部５０は、外部出力導体５と回路基板２０とを電気的に接続する電気導体（バスバー）である。出力端子部５０は、銅等の金属によって形成されている。出力端子部５０は、一端が回路基板２０における第三表面パターン２２３に接続されている。出力端子部５０における他端側には、締結用の孔ｈ４が形成されている。出力端子部５０は、この締結用の孔ｈ４が外部出力導体５に形成された孔ｈ２に重なるように配置されている。したがって、出力端子部５０は、外部出力導体５と重なった状態で配置されている。

（出力側締結部）
出力側締結部６０は、外部出力導体５及び出力端子部５０を接続する締結部材である。出力側締結部６０は、銅等の金属によって形成されている。本実施形態における出力側締結部６０は、頭部６１０及びこの頭部６１０と一体に形成されたネジ部６１１を有するボルト６１と、ナット６２とによって構成されている。

ネジ部６１１は、頭部６１０が外部出力導体５に当接した状態で、外部出力導体５の孔ｈ２及び出力端子部５０の孔ｈ４に挿通されている。ナット６２は、ボルト６１のネジ部６１１に螺合した状態で、ボルト６１の頭部６１０とは反対側から出力端子部５０に当接している。これらボルト６１及びナット６２に挟まれることによって、外部出力導体５と出力端子部５０とは一体に固定されている。

（ケース）
ケース７０は、ベースプレート１０の表面１０ａに固定された状態で、主端子部３０及び出力端子部５０を機械的に補強する部材である。ケース７０は、例えば、合成樹脂材料（絶縁材料）等により形成されている。

本実施形態におけるケース７０を形成する材料には、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を採用することができる。なお、ＰＰＳ以外の合成樹脂材料を、ケース７０に採用してもよい。ケース７０は、ベースプレート１０の表面１０ａに、例えば接着剤等によって固定されている。

ケース７０は、主端子部３０の第一導体３１及び第二導体３２、並びに出力端子部５０を外側から覆った状態で、回路基板２０を外側から囲っている。図２及び図３に示すように、ケース７０は、ベースプレート１０の表面１０ａに沿う方向で、回路基板２０を周囲から囲むケースを成している。したがって、ケース７０は、ベースプレート１０とともに回路基板２０が収容される空間を画成している。本実施形態では、回路基板２０が収容されるこの空間を「ポッティング空間Ｒｐ」と称する。

さらに、ケース７０には、第一導体３１のＰ端子３１０、第二導体３２のＮ端子３２０、及び一対の主端子側締結部４０を収容する第一収容空間Ｒ１（収容空間）を内側に画成する第一溝部７１と、出力端子部５０及び出力側締結部６０を収容する第二収容空間Ｒ２を内側に画成する第二溝部７２と、が形成されている。即ち、ケース７０は、第一収容空間Ｒ１と第二収容空間Ｒ２を有している。

本実施形態では、第一導体３１のうち第一収容空間Ｒ１内に配置されている部分が上述したＰ端子３１０とされ、第二導体３２のうち第一収容空間Ｒ１内に配置されている部分が上述したＮ端子３２０とされている。

上記ポッティング空間Ｒｐと、ケース７０に形成されたこれら第一収容空間Ｒ１及び第二収容空間Ｒ２とは、表面１０ａから離れる方向に向かって開口している。ポッティング空間Ｒｐ、第一収容空間Ｒ１、及び第二収容空間Ｒ２は、ケース７０の隔壁によって表面１０ａが広がる方向で隔絶されており、互いに独立した空間を成している。

ここで、図３に示すように、第一溝部７１における底面７１ｂには、主端子側締結部４０におけるボルト４１のネジ部４１１と、ナット４２とを収容可能な第一収容溝７１ｇが形成されている。第一導体３１におけるＰ端子３１０の第一裏面、及び第二導体３２におけるＮ端子３２０の第二裏面３２０ｂは、第一溝部７１の底面７１ｂに当接している。また、主端子側締結部４０におけるボルト４１のネジ部４１１とナット４２とは、第一収容溝７１ｇの内面に当接している。

第二溝部７２における底面７２ｂには、出力側締結部６０におけるボルト４１のネジ部４１１と、ナット４２とを収容可能な第二収容溝７２ｇが形成されている。出力端子部５０は、第二溝部７２の底面７２ｂに当接している。また、出力側締結部６０におけるボルト４１のネジ部４１１とナット４２とは、第二収容溝７２ｇの内面に当接している。

（第一絶縁部）
第一絶縁部８０は、ポッティング空間Ｒｐ内、第一収容空間Ｒ１内、及び第二収容空間Ｒ２内に配置されている絶縁部材である。ポッティング空間Ｒｐ、第一収容空間Ｒ１、及び第二収容空間Ｒ２には、外部から液状のポッティング材が充填され（ポッティング）、各空間（ポッティング空間Ｒｐ、第一収容空間Ｒ１、第二収容空間Ｒ２）内で露出する部材を封止する。

各空間内に充填されたポッティング材は、所定の時間がかけられることで硬化し、空間内における各部材間、及び各部材とパワーモジュール４００外部の空間とを電気的に絶縁する。本実施形態におけるポッティング材には、例えばシリコンゲルやエポキシ樹脂を用いることができる。なお、シリコンゲルやエポキシ樹脂以外の合成樹脂を、ポッティング材として採用してもよい。したがって、第一絶縁部８０は、このポッティング材によって形成されている。

ポッティング空間Ｒｐ内における第一絶縁部８０は、回路基板２０、ボンディングワイヤＷｂ、主端子部３０における第一接続部３１１、出力端子部５０のそれぞれの表面を覆うように配置されている。したがって、ポッティング空間Ｒｐ内における第一絶縁部８０は、第一導体３１の第一接続部３１１及び第二導体３２の第二接続部３２１の間のギャップＧ２を埋めるように配置されている。

第一収容空間Ｒ１内における第一絶縁部８０は、Ｐ端子３１０及びＮ端子３２０の間のギャップＧ２を埋めた状態で、Ｐ端子３１０の第一主面３１０ａ、Ｎ端子３２０の第二主面３２０ａ、接続導体３ｂの正極側端子３ｐ及び負極側端子３ｎ、並びに主端子側締結部４０のボルト４１をベースプレート１０とは反対側から覆っている。第二収容空間Ｒ２内における第一絶縁部８０は、出力端子部５０、及び出力側締結部６０のボルト４１をベースプレート１０とは反対側から覆っている。

ここで、各空間内にポッティング材が充填されるとともに硬化されることで形成された第一絶縁部は、充填された際の液面である上面８１，８２，８３を有している。第一空間内に配置された第一絶縁部８０の上面８１、及び第二空間内に配置された第一絶縁部８０の上面８２は、ポッティング空間Ｒｐ内に配置された第一絶縁部８０の上面８３よりもベースプレート１０の表面１０ａから離れた位置にある。

（作用効果）
上記構成によれば、主端子部３０におけるギャップＧ２（空間距離）が埋まるように第一絶縁部８０が配置される。このため、Ｐ端子３１０とＮ端子３２０との間に絶縁材料が配置されない場合と比較して、Ｐ端子３１０とＮ端子３２０との間で発生する放電、及び、Ｎ端子３２０とＰ端子３１０との間で発生する放電を抑制することができる。つまり、Ｐ端子３１０とＮ端子３２０との間に第一絶縁部８０が介在することで、Ｐ端子３１０及びＮ端子３２０間で絶縁破壊してしまうことを抑制することができる。したがって、Ｐ端子３１０及びＮ端子３２０間のギャップＧ２を狭めることができ、その結果、パワーモジュール４００が大型化することを抑制することができる。

また、第一絶縁部８０が第一主面３１０ａ、第二主面３２０ａ、及び一対の主端子側締結部４０をベースプレート１０とは反対側から覆うことで、第一主面３１０ａ及び第二主面３２０ａ間で絶縁破壊してしまうことを抑制することができる。

また、Ｐ端子３１０内に電流が流れた際、Ｎ端子３２０がＰ端子３１０から発生する磁束の影響を受ける。この際、Ｎ端子３２０には、磁束の大きさに応じた誘導電流（渦電流）が流れる。同様に、Ｎ端子３２０内に電流が流れた際、Ｐ端子３１０がＮ端子３２０から発生する磁束の影響を受け、Ｐ端子３１０にも誘導電流が流れる。

これら誘導電流は、Ｐ端子３１０及びＮ端子３２０に生じた磁束を打ち消す磁束をＰ端子３１０及びＮ端子３２０のそれぞれから発生させる。つまり、Ｐ端子３１０及びＮ端子３２０間の空間距離を狭めることにより、効果的に磁束を打ち消し合わせることができる。したがって、主端子部３０に生じる寄生インダクタンスを低減させることができる。

また、主端子部３０に大電流が流れた際、第一導体３１及び第二導体３２は発熱し、例えば、ベースプレート１０の表面１０ａが広がる方向に熱膨張する場合がある。上記構成によれば、Ｐ端子３１０とＮ端子３２０との間に第一絶縁部８０が介在するため、Ｐ端子３１０及びＮ端子３２０の熱膨張に伴ってギャップＧ２が狭まった結果、これらＰ端子３１０及びＮ端子３２０間で絶縁破壊してしまうことがない。

＜第二実施形態＞
次に、本開示に係る電力変換装置の第二実施形態について図４を参照して説明する。なお、以下に説明する第二実施形態では、上記の第一実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。第二実施形態では、パワーモジュールにおけるケース及び第一絶縁部の構成が、第一実施形態で説明した構成と異なっている。

（ケース）
ケース７０ａは、ベースプレート１０の表面１０ａに固定された状態で、主端子部３０及び出力端子部５０を機械的に補強する部材である。ケース７０ａには、第一導体３１のＰ端子３１０、第二導体３２のＮ端子３２０、及び一対の主端子側締結部４０を収容する第一収容空間Ｒ１ａ（収容空間）を内側に画成する第一溝部７１ａと、出力端子部５０及び出力側締結部６０を収容する第二収容空間Ｒ２を内側に画成する第二溝部７２とが形成されている。

本実施形態における第一収容空間Ｒ１ａは、主端子部３０におけるＰ端子３１０及びＮ端子３２０を境に、主面側空間Ｓ１と裏面側空間Ｓ２とに区画されている。これら主面側空間Ｓ１及び裏面側空間Ｓ２は、Ｐ端子３１０とＮ端子３２０との間のギャップＧ２や、これらＰ端子３１０及びＮ端子３２０と第一溝部７１ａの内面との間を通じて連通されている。したがって、第一収容空間Ｒ１ａ内にポッティング材が充填された際、主面側空間Ｓ１と裏面側空間Ｓ２とを連通させている上記箇所を通じて裏面側空間Ｓ２にポッティング材が行きわたる。

主端子側締結部４０におけるボルト４１のネジ部４１１及びナット４２は、裏面側空間Ｓ２に配置されている。本実施形態では、Ｐ端子３１０の第一裏面、Ｎ端子３２０の第二裏面３２０ｂ、ボルト４１のネジ部４１１、及びナット４２は、第一溝部７１ａの内面に当接していない。

（第一絶縁部）
第一絶縁部８０ａは、ポッティング空間Ｒｐ内、第一収容空間Ｒ１ａ内、及び第二収容空間Ｒ２内に配置されている絶縁部材である。第一収容空間Ｒ１ａ内における第一絶縁部８０ａは、第一導体３１及び第二導体３２の間のギャップＧ２を埋めた状態で、Ｐ端子３１０の第一主面３１０ａ及び第一裏面、Ｎ端子３２０の第二主面３２０ａ及び第二裏面３２０ｂ、接続導体３ｂの正極側端子３ｐ及び負極側端子３ｎ、並びに主端子側締結部４０のボルト４１及びナット４２を外側から覆っている。

（作用効果）
上記構成によれば、第一絶縁部８０ａがＰ端子３１０の第一裏面、Ｎ端子３２０の第二裏面３２０ｂ、及び一対の主端子側締結部４０をベースプレート１０側からも覆うため、Ｐ端子３１０及びＮ端子３２０が第一収容空間Ｒ１ａ内で互いに絶縁される。即ち、Ｐ端子３１０及びＮ端子３２０が第一絶縁部８０ａによって固体絶縁される。したがって、第一実施形態で説明した構成と比較して、Ｐ端子３１０及びＮ端子３２０間で導通してしまうことをより抑制することができる。つまり、Ｐ端子３１０及びＮ端子３２０間のギャップＧ２をより狭めることができる。

＜第三実施形態＞
次に、本開示に係る電力変換装置の第三実施形態について図５及び図６を参照して説明する。なお、以下に説明する第三実施形態では、上記の第一実施形態及び第二実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。第三実施形態では、電力変換装置が第二絶縁部を更に備えている。

（第二絶縁部）
第二絶縁部７は、第一絶縁部８０ａと一体にこの第一絶縁部８０ａからコンデンサ３の本体部３ａに向かって延びるように正極側端子３ｐ及び負極側端子３ｎに一体に形成された絶縁部材である。第二絶縁部７は、正極側端子３ｐ及び負極側端子３ｎの間のギャップＧ１を埋めた状態で、これら正極側端子３ｐ及び負極側端子３ｎを外側から覆っている。本実施形態における第二絶縁部７は、第一絶縁部８０ａとは異なる合成樹脂材料によって形成されている。

（作用効果）
上記構成によれば、コンデンサ３における正極側端子３ｐ及び負極側端子３ｎが互いに絶縁される。即ち、正極側端子３ｐ及び負極側端子３ｎが第二絶縁部７によって固体絶縁される。つまり、正極側端子３ｐ及び負極側端子３ｎ間で絶縁破壊してしまうことを抑制することができる。したがって、正極側端子３ｐ及び負極側端子３ｎ間のギャップＧ１を狭めることができ、その結果、電力変換装置１００が大型化することを抑制することができる。

（その他の実施形態）
以上、本開示の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成は実施形態の構成に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内での構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。

なお、上記実施形態では、電力変換装置１００としてインバータを一例にして説明したが、電力変換装置１００はインバータに限定されることはない。電力変換装置１００は、例えば、コンバータや、インバータとコンバータとを組み合わせたもの等、パワー半導体素子２３により電力変換を行う装置であってもよい。電力変換装置１００がコンバータの場合は、外部の入力電源（図示省略）から外部出力導体５に交流電圧が入力されて回路基板２０におけるパワー半導体素子２３がこの交流電圧を直流電圧に変換し、パワー半導体素子２３からの直流電圧が主端子部３０及び接続導体３ｂを通じて電力変換装置の外部へ出力される構成であってもよい。

また、図５及び図６を参照して説明した第三実施形態の構成は、第一実施形態に適用してもよい。即ち、第一実施形態で説明した電力変換装置１００が、第三実施形態で説明した第二絶縁部７を更に備えている構成であってもよい。

＜付記＞
各実施形態に記載のパワーモジュール、及び電力変換装置は、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係るパワーモジュール４００は、第一主面３１０ａ、及び該第一主面３１０ａとは反対側を向く第一裏面を有するＰ端子３１０を一端に有する第一導体３１と、前記第一主面３１０ａと同じ方向を向く第二主面３２０ａ、及び該第二主面３２０ａとは反対側を向く第二裏面３２０ｂを有するＮ端子３２０を一端に有し、前記第一導体３１とともにコンデンサ３に接続され、前記第一導体３１とギャップＧ２を介して並設された第二導体３２と、を有する主端子部３０と、前記主端子部３０からの直流電圧を交流電圧に変換するパワー半導体素子２３を有する回路基板２０と、前記パワー半導体素子２３からの交流電圧を出力する出力端子部５０と、前記Ｐ端子３１０及び前記コンデンサ３の正極側端子３ｐ、並びに、前記Ｎ端子３２０及び前記コンデンサ３の負極側端子３ｎを互いに接続する一対の締結部（主端子側締結部４０）と、前記回路基板２０が固定され、前記第一裏面及び前記第二裏面３２０ｂに対向する表面１０ａを有するベースプレート１０と、前記ベースプレート１０の前記表面１０ａに固定され、前記Ｐ端子３１０、前記Ｎ端子３２０、及び一対の前記締結部を収容する収容空間（第一収容空間Ｒ１，Ｒ１ａ）を有するケース７０，７０ａと、前記収容空間内に配置され、前記ギャップＧ２を埋めた状態で、前記第一主面３１０ａ、前記第二主面３２０ａ、及び一対の前記締結部を前記ベースプレート１０とは反対側から覆う第一絶縁部８０，８０ａと、を備える。

これにより、Ｐ端子３１０とＮ端子３２０との間に絶縁材料が配置されない場合と比較して、Ｐ端子３１０及びＮ端子３２０間で発生する放電を抑制することができる。つまり、Ｐ端子３１０とＮ端子３２０との間に第一絶縁部８０，８０ａが介在することで、Ｐ端子３１０及びＮ端子３２０間で絶縁破壊してしまうことを抑制することができる。したがって、Ｐ端子３１０及びＮ端子３２０間のギャップＧ２を狭めることができる。

（２）第２の態様に係るパワーモジュール４００は、（１）のパワーモジュール４００であって、前記第一絶縁部８０ａは、前記第一裏面、前記第二裏面３２０ｂ、及び一対の前記締結部を前記ベースプレート１０側から更に覆ってもよい。

これにより、Ｐ端子３１０及びＮ端子３２０が収容空間（第一収容空間Ｒ１，Ｒ１ａ）内で互いに絶縁される。即ち、Ｐ端子３１０及びＮ端子３２０が第一絶縁部８０ａによって固体絶縁される。したがって、Ｐ端子３１０及びＮ端子３２０間で導通してしまうことをより抑制することができる。

（３）第３の態様に係る電力変換装置１００は、（１）又は（２）のパワーモジュール４００と、前記コンデンサ３と、前記第一絶縁部８０ａから延びるように前記正極側端子３ｐ及び前記負極側端子３ｎに一体に形成され、これら正極側端子３ｐ及び負極側端子３ｎを外側から覆う第二絶縁部７と、を備える。

これにより、正極側端子３ｐ及び負極側端子３ｎ間で導通してしまうことを抑制することができる。したがって、Ｐ端子３１０に接続される正極側端子３ｐ、及びＮ端子３２０に接続される負極側端子３ｎ間のギャップを狭めることができる。

１…ケーシング １ａ…入力側側面 １ｂ…出力側側面 ２…外部入力導体 ３…コンデンサ ３ａ…本体部 ３ｂ…接続導体 ３ｎ…負極側端子 ３ｐ…正極側端子 ４…電力変換部 ５…外部出力導体 ６…冷却装置 ７…第二絶縁部 １０…ベースプレート １０ａ…表面 １０ｂ…裏面 ２０…回路基板 ２１…絶縁板 ２１ａ…第一面 ２１ｂ…第二面 ２２…表面パターン ２３…パワー半導体素子 ２４…裏面パターン ３０…主端子部 ３１…第一導体 ３２…第二導体 ４０…主端子側締結部 ４１，６１…ボルト ４２，６２…ナット ５０…出力端子部 ６０…出力側締結部 ７０，７０ａ…ケース ７１，７１ａ…第一溝部 ７１ｂ，７２ｂ…底面 ７１ｇ…第一収容溝 ７２…第二溝部 ７２ｇ…第二収容溝 ８０，８０ａ…第一絶縁部 ８１，８２，８３…上面 １００…電力変換装置 ２２１…第一表面パターン ２２２…第二表面パターン ２２３…第三表面パターン ２３１…第一パワー半導体素子 ２３２…第二パワー半導体素子 ３１０…Ｐ端子 ３１０ａ…第一主面 ３１１…第一接続部 ３２０…Ｎ端子 ３２０ａ…第二主面 ３２０ｂ…第二裏面 ３２１…第二接続部 ４００…パワーモジュール ４１０，６１０…頭部 ４１１，６１１…ネジ部 Ｇ１，Ｇ２…ギャップ ｈ１，ｈ２，ｈ３，ｈ４…孔 Ｒ１，Ｒ１ａ…第一収容空間 Ｒ２…第二収容空間 Ｒｐ…ポッティング空間 Ｓ…接合材 Ｓ１…主面側空間 Ｓ２…裏面側空間 Ｗｂ…ボンディングワイヤ

Claims (3)

1. 第一主面、及び該第一主面とは反対側を向く第一裏面を有するＰ端子を一端に有する第一導体と、
   前記第一主面と同じ方向を向く第二主面、及び該第二主面とは反対側を向く第二裏面を有するＮ端子を一端に有し、前記第一導体とともにコンデンサに接続され、前記第一導体とギャップを介して並設された第二導体と、
   を有する主端子部と、
   前記主端子部からの直流電圧を交流電圧に変換するパワー半導体素子を有する回路基板と、
   前記パワー半導体素子からの交流電圧を出力する出力端子部と、
   前記Ｐ端子及び前記コンデンサの正極側端子、並びに、前記Ｎ端子及び前記コンデンサの負極側端子を互いに接続する一対の締結部と、
   前記回路基板が固定され、前記第一裏面及び前記第二裏面に対向する表面を有するベースプレートと、
   前記ベースプレートの前記表面に固定され、前記Ｐ端子、前記Ｎ端子、及び一対の前記締結部を収容する収容空間を有するケースと、
   前記収容空間内に配置され、前記ギャップを埋めた状態で、前記第一主面、前記第二主面、及び一対の前記締結部を前記ベースプレートとは反対側から覆う第一絶縁部と、
   を備えるパワーモジュール。
2. 前記第一絶縁部は、前記第一裏面、前記第二裏面、及び一対の前記締結部を前記ベースプレート側から更に覆う請求項１に記載のパワーモジュール。
3. 請求項１又は２に記載のパワーモジュールと、
   前記コンデンサと、
   前記第一絶縁部から延びるように前記正極側端子及び前記負極側端子に一体に形成され、これら正極側端子及び負極側端子を外側から覆う第二絶縁部と、
   を備える電力変換装置。

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